生物芯片技术

1、生物芯片技术,生命科学学院 CYX,生物芯片技术,何为生物芯片技术？,生物芯片（Biochip）是指通过机器人自动印迹或光引导化学合成技术在硅片、玻璃、凝胶或尼龙膜上制造的生物分子微阵列，根据分子间的特异性相互作用的原理，将生命科学领域中不连续的分析过程集成于芯片表面，以实现对细胞、蛋白质、基因及其它生物组分的准确、快速、大信息量的检测。,生物芯片技术的发展史,1989年英国牛津大学的Southern等取得了在刚性载体表面固定寡聚核苷酸及杂交法测序的专利；与此同时俄罗斯和美国的科学家也提出了运用杂交法测定核酸序列（SBH）的设想。 1994年研制出了一种基因芯片并用于检测-地中海贫血病的基因突

2、变，筛选了一百多个-地中海贫血病已知的突变基因。 1995年，一些国际大公司与研究机构合作共同开发具有商业价值的生物芯片及其相关的分析技术。 1997年世界上第一张全基因组基因芯片含有6116个基因的酵母全基因组芯片在斯坦福大学Brown实验室完成。从而使基因芯片技术在世界上快速得到应用。,基因芯片技术的特点,基因芯片技术的特点的核心是微型化。芯片每平方厘米固体表面上可固定十万个DNA片段、数万个基因。一次分析可得到数万个基因的表达信息。微型化的另一方面是样品用量与试剂用量的微量化，用纳克级的mRNA、微升级的杂交液就能分析成千上万个基因的表达信息。这些都是其它研究技术所无法比拟的。 芯片制作

3、及分析过程易于自动化。芯片设计制作可实现自动化，可根据要求将需要分析的基因制作成符合要求的芯片；杂交、洗片等过程都可实现自动化，工作效率大幅提高。,生物芯片的分类,一、按载体材料,可分为玻璃芯片、硅芯片、陶瓷芯片。 目前，玻片材料因易得、荧光背景低、应用方便等优点在国际上被广泛接受。通常是将玻片用化学方法处理并联接上活性基团，如氨基、醛基、巯基等，使生物分子通过共价键或离子键与载体结合。,二、按点样方式,原位合成芯片（Loci-synthetic DNA Chip） 矩阵芯片（Microarray） 电定位芯片（Microelectronic）,三、按芯片固定的生物分子类型,基因芯片或 DNA

4、 芯片 蛋白质芯片（Protein Chip） 芯片实验室（Lab-on-Chip）,四、按芯片使用功能分类,测序芯片 表达谱芯片 基因差异表达分析芯片,（1）蛋白质芯片,目前蛋白芯片主要有三类：蛋白质微阵列、微孔板蛋白质芯片、三维凝胶块芯片等。,蛋白质芯片的应用,特异性抗原抗体的检测 特异性抗原抗体的检测 蛋白质的筛选及研究 蛋白质的筛选及研究 药物筛选 疾病诊断,（2）基因芯片,基因芯片（又称DNA芯片）是生物芯片的一种类型。它是将DNA分子固定于支持物上，并与标记的样品杂交，通过自动化仪器检测杂交信号的强度来判断样品中靶分子的数量，进而得知样品中mRNA的表达量也可进行基因突变体的检测和

5、基因序列的测定，为进一步了解基因间的相互关系及基因克隆提供有用的工具。,基因芯片的应用,生物芯片技术应用意义,对来源于不同个体（正常人与患者）、不同组织、不同细胞周期、不同发育阶段、不同分化阶段、不同病变、不同刺激（包括不同诱导、不同治疗阶段）下的细胞内的mRNA或逆转录后产生的cDNA与表达谱基因芯片进行杂交，可以对这些基因表达的个体特异性、组织特异性、发育阶段特异性、分化阶段特异性、病变特异性、刺激特异性进行综合的分析和判断，迅速将某个或几个基因与疾病联系起来，极大地加快这些基因功能的确立，同时进一步研究基因与基因间相互作用的关系。所以，无论何种研究领域，利用表达谱基因芯片可以获得大量与研

6、究领域相关的基因，使研究更具目的性和系统性，同时也拓宽研究领域。,生物芯片技术的发展前景,技术进展与市场动态,生物芯片是一个新兴的科学领域，具有良好的发展前景。现在生物芯片主要向以下几个方向发展。,一、产业化,对于现在技术已经相对成熟的生物芯片， 如基因芯片，产业化是发挥生物芯片作用的最好途径。现在很多公司已经推出各种不同种类的基因芯片。而且相关其产业，如点样设备，检测设备也有重要的价值。现在成本是束缚产业化的一个关键的因素。,二、微型化,由于微加工技术，生物芯片的尺寸范围已经从微米尺寸向纳米尺寸发展。例如在硅片上刻制的纳米尺寸的微结构阵列， 可以完成生物大分子如DNA 的筛选。但是，由于细胞

7、等生物样品本身尺寸的限制， 生物芯片的微型化不是无限的。,三、集成化,对生物芯片研究人员来说最终的研究目标是对分析的全过程实现全集成， 即制造微型全分析系统或微芯片实验室，在芯片上实现生化检测的全部功能。集成方面， 目前已有了一些进展，并且得到了一批初步成果。,四、信息化,生物芯片可以检测到的信息量是传统检测技术无可比拟的， 特别是大规模阵列芯片一次可以采集大量数据。如何从如此众多错综复杂的数据中得到真正有用的信息是一个相当烦琐的T作。生物信息技术的发展是解决这一问题的唯一途径。,生物芯片技术是现代微加工技术和生物科技的结晶。它涉及生物、化学微加工、光学、微电子和信息技术等前沿学科， 是一个综合的研究领域。上个世纪90年代以来， 生物芯片的研究已有了巨大的发展，越来越多的研究机构和企业投入了这一领域。但是，这毕竟是一门新的学科，总体来说还是处于起步阶段。很多相关技术仍然制约着生物芯片技术的快速发展。例如微加工技术，如何加工更复杂、更精密而且成本